论文部分内容阅读
摘 要：本文详细分析了几种常见的公路病害检测方法及其适用范围，为后续公路病害的进一步研究提供了可参考的价值。
关键词：公路病害;形成机理;检测技术
1 引言
自改革开放以来，我国公路基础设施建设得到了迅猛发展，截止到2015年末，全国的公路总里程为457.73万公里，公路密度高达47.68公里/百平方公里（如图1所示）[1]，面对如此庞大的公路里程数，传统的检测手段（如锤击、钻孔等）检测效率太低，无法对大片区域做出快速准确的评估。因此，已经不能满足公路安全运营的需求，比如高速公路，会直接影响高速公路的使用年限。
而实现公路路况的快速无损检测、分析与决策对于提高公路养护的科学化水平至关重要。本文针对公路路面常见病害的各种无损检测技术进行了分析和探讨。
图1 2011-2015年全国公路总里程及公路密度
2.公路病害常用检测方法
在公路病害检测领域常用的方法主要有：探地雷达检测、瑞雷面波检测和激光三角法检测。本文将详细介绍这三种传统的检测方法。
2.1 探地雷达检测[4，5]
探地雷达是一种新型的无损且高效的探测仪器，已经在公路、机场、隧道、建筑、地下管道以及勘探等工程领域广泛应用。
该方法相较于传统的钻孔取芯和室内试验方法，可以快速准确的检测出公路病害范围，并通过分析可以判定出病害的种类和成因，特别是对探测公路的深层病害及地质状况具有更强的优势。
该方法利用了高频电磁波的反射和接收技术。在探测时，通过发射天线向地下定向发射脉冲电磁波，当脉冲电磁波在传播过程中遇到有电性差异的界面（介电常数和电导率不同）就会形成反射或者散射，通过对反射回来的脉冲电磁波进行接收、校正、叠加、滤波、和偏移等处理，并依据介质的不同介电常数和电导率就可以确定出电磁波在介质中的传播速度，根据电磁波传播时间就可以确定出界面的位置，再通过对接收的反射波形态、振幅、变化特征进行分析，并结合地球物理解释模型就可以判定界面性质，从而实现对病害的检测。该方法实现了对路基开裂、沉陷、脱落、不密实、起伏、高含水区、软卧层以及滑動面的无损检测，并在目前的工程应用中得到了推广。
2.2 瑞雷面波检测[6-8]
瑞雷波检测方法是近年来发展起来的检测新方法。与探地雷达相似，瑞雷波检测是一种利用沿介质表层传播的瑞雷面波对混凝土内部质量进行的无破损、探测深度可控、高速快捷的检测新方法。利用该方法可以很好的实现路基压实度的快速检测，可实时给出定量检测结果，并且检测结果直观，克服了探地雷达定性检测的缺点。
常用的瑞雷波检测方法主要有瞬态法和稳态法两种，二者的区别在于震源深度不同。瞬态法通过锤击使地面产生所需频率范围的瞬态激励，并通过安置在地面上的多个检波器来拾取介质振动，其采集到的信号基本为瑞雷波的垂直分量，通过对原始数据进频率滤波消除各种干扰信号，并对信号进行分析和处理后就可以获得该地下结构的频散曲线。
稳态激振法的基本原理是通过振动器激发出频率范围为2-9900Hz的瑞雷波，其频率精度与所选的频率数量级有关，且最高精度可达0.001Hz，这种频率高精确的稳定振动是保证准确探测的前提，因此称为稳态振动法。由于利用了层状介质中瑞雷波的频散特性，稳态法中的频率通过信号发生器来控制。根据运算器根据1号和2号检波器之间的实际距离参数和通过互相关方法计算出的两个检波器的时差便可计算出速度，再通过公式就可以确定出相应的探测深度。在利用稳态法进行实际探测时，由于采用分频测试，激振频率可以降至较低频率（2-3Hz）进而实现较大深度的探测。但在实际应用中该仪器过于庞大，且施工进度较慢，工作效率很低，因此不适合于大范围推广。
2.3 激光三角法检测[9]
目前，国内高端仪器设备中应用最广泛的测量方法为激光三角法。该方法通过激光器以一定角度发射出一束激光照射到被检测物表面，经被检测表面反射的激光利用透镜收集并照射到CCD相机上，通过移动被检测的位置并对采集的数据信号进行处理就可以得到被测物的移动信息。虽然该方法测量精度受相机和激光器的相对关系影响较大，但其分辨率可达到微米量级，完全可以实现对公路路面的车辙、沉陷、坑槽以及麻面的检测，且具有无损快速检测的优点，但无法检测被测物内部的病害。
3.结语
本文详细分析比较了三种常用的公路病害检测技术，为后续开展公路病害检测的研究以及合理选择路面病害检测方法提供了一定的理论指导。
参考文献
[1]黄睿.高速公路路基路面早期病害检测及处治技术研究 [D].西安：长安大学，2010.
[2]张全升.高速公路路面和路基病害检测理论与方法研究[D].中国地质大学（北京），2007.
[3]徐明波.探地雷达在公路工程检测中的应用前景[J].工程与建设.2016，30（2）.
[4]梅本荣，蒋宣艳.探地雷达在隧道检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2014，37（5）：86-86.
[5]李力，杨成林.探地雷达和瑞雷波方法在水工混凝土质量检测中的应用[J].水利水电技术，2001，32（5）：35-39.
[6]陈华，尹健民，肖国强，等.瞬态瑞雷波法检测堆石体地基的强夯效果[J].岩石力学与工程学报，2001，20：1897-1899.
[7]张德津，李清泉.公路路面快速检测技术发展综述[J].Journal of Geomatics，2015，40（1）.
关键词：公路病害;形成机理;检测技术
1 引言
自改革开放以来，我国公路基础设施建设得到了迅猛发展，截止到2015年末，全国的公路总里程为457.73万公里，公路密度高达47.68公里/百平方公里（如图1所示）[1]，面对如此庞大的公路里程数，传统的检测手段（如锤击、钻孔等）检测效率太低，无法对大片区域做出快速准确的评估。因此，已经不能满足公路安全运营的需求，比如高速公路，会直接影响高速公路的使用年限。
而实现公路路况的快速无损检测、分析与决策对于提高公路养护的科学化水平至关重要。本文针对公路路面常见病害的各种无损检测技术进行了分析和探讨。
图1 2011-2015年全国公路总里程及公路密度
2.公路病害常用检测方法
在公路病害检测领域常用的方法主要有：探地雷达检测、瑞雷面波检测和激光三角法检测。本文将详细介绍这三种传统的检测方法。
2.1 探地雷达检测[4，5]
探地雷达是一种新型的无损且高效的探测仪器，已经在公路、机场、隧道、建筑、地下管道以及勘探等工程领域广泛应用。
该方法相较于传统的钻孔取芯和室内试验方法，可以快速准确的检测出公路病害范围，并通过分析可以判定出病害的种类和成因，特别是对探测公路的深层病害及地质状况具有更强的优势。
该方法利用了高频电磁波的反射和接收技术。在探测时，通过发射天线向地下定向发射脉冲电磁波，当脉冲电磁波在传播过程中遇到有电性差异的界面（介电常数和电导率不同）就会形成反射或者散射，通过对反射回来的脉冲电磁波进行接收、校正、叠加、滤波、和偏移等处理，并依据介质的不同介电常数和电导率就可以确定出电磁波在介质中的传播速度，根据电磁波传播时间就可以确定出界面的位置，再通过对接收的反射波形态、振幅、变化特征进行分析，并结合地球物理解释模型就可以判定界面性质，从而实现对病害的检测。该方法实现了对路基开裂、沉陷、脱落、不密实、起伏、高含水区、软卧层以及滑動面的无损检测，并在目前的工程应用中得到了推广。
2.2 瑞雷面波检测[6-8]
瑞雷波检测方法是近年来发展起来的检测新方法。与探地雷达相似，瑞雷波检测是一种利用沿介质表层传播的瑞雷面波对混凝土内部质量进行的无破损、探测深度可控、高速快捷的检测新方法。利用该方法可以很好的实现路基压实度的快速检测，可实时给出定量检测结果，并且检测结果直观，克服了探地雷达定性检测的缺点。
常用的瑞雷波检测方法主要有瞬态法和稳态法两种，二者的区别在于震源深度不同。瞬态法通过锤击使地面产生所需频率范围的瞬态激励，并通过安置在地面上的多个检波器来拾取介质振动，其采集到的信号基本为瑞雷波的垂直分量，通过对原始数据进频率滤波消除各种干扰信号，并对信号进行分析和处理后就可以获得该地下结构的频散曲线。
稳态激振法的基本原理是通过振动器激发出频率范围为2-9900Hz的瑞雷波，其频率精度与所选的频率数量级有关，且最高精度可达0.001Hz，这种频率高精确的稳定振动是保证准确探测的前提，因此称为稳态振动法。由于利用了层状介质中瑞雷波的频散特性，稳态法中的频率通过信号发生器来控制。根据运算器根据1号和2号检波器之间的实际距离参数和通过互相关方法计算出的两个检波器的时差便可计算出速度，再通过公式就可以确定出相应的探测深度。在利用稳态法进行实际探测时，由于采用分频测试，激振频率可以降至较低频率（2-3Hz）进而实现较大深度的探测。但在实际应用中该仪器过于庞大，且施工进度较慢，工作效率很低，因此不适合于大范围推广。
2.3 激光三角法检测[9]
目前，国内高端仪器设备中应用最广泛的测量方法为激光三角法。该方法通过激光器以一定角度发射出一束激光照射到被检测物表面，经被检测表面反射的激光利用透镜收集并照射到CCD相机上，通过移动被检测的位置并对采集的数据信号进行处理就可以得到被测物的移动信息。虽然该方法测量精度受相机和激光器的相对关系影响较大，但其分辨率可达到微米量级，完全可以实现对公路路面的车辙、沉陷、坑槽以及麻面的检测，且具有无损快速检测的优点，但无法检测被测物内部的病害。
3.结语
本文详细分析比较了三种常用的公路病害检测技术，为后续开展公路病害检测的研究以及合理选择路面病害检测方法提供了一定的理论指导。
参考文献
[1]黄睿.高速公路路基路面早期病害检测及处治技术研究 [D].西安：长安大学，2010.
[2]张全升.高速公路路面和路基病害检测理论与方法研究[D].中国地质大学（北京），2007.
[3]徐明波.探地雷达在公路工程检测中的应用前景[J].工程与建设.2016，30（2）.
[4]梅本荣，蒋宣艳.探地雷达在隧道检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2014，37（5）：86-86.
[5]李力，杨成林.探地雷达和瑞雷波方法在水工混凝土质量检测中的应用[J].水利水电技术，2001，32（5）：35-39.
[6]陈华，尹健民，肖国强，等.瞬态瑞雷波法检测堆石体地基的强夯效果[J].岩石力学与工程学报，2001，20：1897-1899.
[7]张德津，李清泉.公路路面快速检测技术发展综述[J].Journal of Geomatics，2015，40（1）.